Question

【题目】甲烷催化裂解是工业上制备乙炔的方法之一。回答下列问题：

(1)已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=－890 kJ·mol－1

C2H2(g)+O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)　ΔH2=－1 300 kJ·mol－1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　ΔH3=－572 kJ·mol－1

则2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)　ΔH=________kJ·mol－1。

(2)某科研小组尝试利用固体表面催化工艺进行CH4的裂解。

①若用和分别表示CH4、C2H2、H2和固体催化剂，在固体催化剂表面CH4的裂解过程如图所示。从吸附到解吸的过程中，能量状态最低的是________(填字母)。

②在恒容密闭容器中充入a mol甲烷，测得单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(t)的关系如图所示，t0 ℃后CH4的转化率突减的原因可能是_______。

(3)甲烷分解体系中几种气体的平衡分压(p，单位为Pa)与温度(t，单位为℃)的关系如图所示：

①t1 ℃时，向V L恒容密闭容器中充入0.12 mol CH4，只发生反应2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)，达到平衡时，测得p(C2H4)=p(CH4)，CH4的平衡转化率为________。(保留3位有效数字)若改变温度至t2 ℃，CH4以0.01mol/(L· s)的平均速率增多，则t1________t2(填“>”“=”或“<”)。

②在图中，t3 ℃时，化学反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的压强平衡常数Kp=____。

(4)工业上，以石墨为电极，电解亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]溶液可以制备铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]，可用于检验Fe2+}，阳极的电极反应式为____________。

(5)设计如图实验探究牺牲阳极的阴极保护法原理：

操作	现象
(i)取铁极附近的溶液于试管中，滴加铁氰化钾溶液	无明显现象
(ii)在U形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液	产生蓝色沉淀

得出结论：①锌______保护铁；(填“能”或“不能”)

②产生蓝色沉淀可以得出铁被铁氰化钾氧化生成______。

Answer 1

【答案】+378 A 温度过高，催化剂活性降低 66.7% > 1.0× 104.7 [Fe(CN)6]4--e-=[Fe(CN)6]3- 能 Fe2+

【解析】

(1)根据已知热化学方程式，结合盖斯定律可得待求反应的热化学方程式；

(2)①饱和过程分析甲烷的裂解为吸热反应，甲烷分子活化需要吸收能量；

②根据单位时间内在固体催化剂表面CH4的转化率[α(CH4)]与温度(to℃)的关系图示，t0后减小是和催化剂活性有关；

(3)①设出CH4的转化浓度，然后根据三段式，利用c(C2H4)=c(CH4)来解答，根据改变温度后，CH4的浓度升高来判断温度的变化；

②t3℃时，化学反应2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的气体分压为：p(CH4)=103、p(H2)=104、p(C2H2)=10-1.3，压强平衡常数Kp=。

(4)电解时阳极失去电子，发生氧化反应；

(5)根据Fe2+与铁氰化钾溶液生成蓝色沉淀，可说明铁被铁氰化钾氧化生成了Fe2+。

(1)已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=-890 kJ/mol

②C2H2(g)+O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)　ΔH2=-1300 kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)　ΔH3=-572 kJ/mol

根据盖斯定律，将①×4-②-③×可得得到2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)　ΔH=＋378kJ/mol；

(2)①从吸附到解吸的过程中，甲烷的裂解为吸热反应，甲烷分子活化需要吸收能量，所以能量状态最低的是A；

②t0℃后CH4的转化率突减的原因可能是温度过高，导致催化剂活性降低；

(3)①设CH4的开始浓度为0.3mol/L，转化浓度为xmol/L，根据反应方程式2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)中物质反应转化关系可知平衡时c(CH4)=(0.3-x)mol/L，c(C2H4)=mol/L，c(H2)=xmol/L，达到平衡时，测得p(C2H4)=p(CH4)，由于容器的容积不变，气体的物质的量的比等于压强的比，可知：0.3-x=，所以x=0.2mol/L，故CH4的平衡转化率=×100%=66.7%；

反应2CH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)为分解反应，而分解反应绝大多数为吸热反应，因此该反应为吸热反应；改变温度后，CH4的浓度升高，即平衡左移，即温度应为降低，即t1>t2；

②将该反应的平衡常数表达式，将气体的平衡浓度换为平衡分压，t3℃时，化学反应2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的气体分压为：p(CH4)=103、p(H2)=104、p(C2H2)=10-1.3，压强平衡常数Kp===；

(4)电解时阳极[Fe(CN)6]4-失去电子生成[Fe(CN)6]3-，电极反应方程式为：/span>[Fe(CN)6]4--e-=[Fe(CN)6]3-；

(5)取铁电极附近的溶液于试管中，滴加铁氰化钾溶液，无明显选项，说明Fe电极未发生反应；在U形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液生成蓝色沉淀，可说明铁被铁氰化钾氧化生成了Fe2+。